電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了傳感器裝置、電子控制裝置和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)等，通過控制電動機(jī)產(chǎn)生助力進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，徹底擺脫了油液加壓助力方式。

概 述

科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展極大地促進(jìn)了汽車技術(shù)和汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也不例外。1954年，通用汽車公司首次將液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用于汽車上。經(jīng)過一系列的技術(shù)革新，80年代早期出現(xiàn)了電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1988年，日本鈴木汽車公司首先在其小型轎車Cervo上裝備了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展歷程

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類

隨著EPS系統(tǒng)技術(shù)得到廣泛的認(rèn)可，先后有多家汽車公司開始對EPS系統(tǒng)投入研究，如英國盧卡斯日本三菱汽車大發(fā)汽車公司德國ZF德爾福公司和美國天合公司德爾福公司的產(chǎn)品用于大眾波羅歐寶318i和菲亞特Punto等車型上安裝了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，三菱在其生產(chǎn)的Minic上配備了EPS系統(tǒng)日本大發(fā)也在它Mira車型上配備了EPS系統(tǒng)，本田的Accord上也己經(jīng)選裝了EPS系統(tǒng)進(jìn)行安裝直至今日這些公司的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在國際市場中仍然占有著廣大的市場份額從電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)到現(xiàn)在的30余年時間里，EPS系統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展從最開始的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)僅在汽車低速的停車狀態(tài)時動作，向全速型進(jìn)行的發(fā)展使汽車在高速行駛時主動添加阻尼控制使汽車在全速下也可進(jìn)行操縱穩(wěn)定性控制應(yīng)用范圍也越來越廣，從最開始的中型微微型汽車上的應(yīng)用己經(jīng)向中高檔汽車擴(kuò)展。

EPS構(gòu)造示意圖

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為機(jī)電一體化的代表，將電機(jī)與電子產(chǎn)品相結(jié)合，對汽車的駕駛系統(tǒng)進(jìn)行了提升，在滿足了駕駛員對操縱系統(tǒng)操縱性，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)表現(xiàn)出了非常大的優(yōu)勢。

市場發(fā)展現(xiàn)狀及展望

一汽車工業(yè)主要指標(biāo)完成情況

從全球來看，汽車EPS搭載率已超過50%。我國在售乘用車型中使用HPS的汽車約為63%，使用EPS約為35%，而我國自主品牌汽車的EPS搭載率僅為20%左右，未來發(fā)展?jié)摿薮?。近幾年來國?nèi)自主品牌EPS產(chǎn)銷量正快速增長。數(shù)據(jù)顯示，2015年自主品牌EPS產(chǎn)品銷量約229.3萬件，同比增長30.5%，市占率達(dá)到19%，較上一年提升1.3個百分點(diǎn)。

隨著乘用車智能性和電子電氣化程度提升以及新能源汽車銷量的快速增長，我們對2020年EPS的市場空間進(jìn)行了敏感性測算：

在油耗限值法規(guī)、電動化和智能化的趨勢下，我們認(rèn)為EPS的裝配率有望快速提升。隨著國內(nèi)EPS產(chǎn)品逐漸成熟，我們預(yù)計到2020年EPS的市場滲透率將達(dá)到65%。在國內(nèi)汽車產(chǎn)量復(fù)合增速為6%、EPS滲透率為65%的中性假設(shè)下，2020年汽車產(chǎn)量有望達(dá)到3279萬輛，相應(yīng)的EPS市場規(guī)模為2131.41萬件，若按照EPS單價為1000元/件計算，EPS市場空間有望達(dá)到213億元。

EPS市場規(guī)模及滲透率

國內(nèi)對EPS系統(tǒng)的需求在一段時間內(nèi)非?？捎^，但作為國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)來說，助力系統(tǒng)還處于初級階段與國外公司還有很大的差距，在短時間能無法滿足高標(biāo)準(zhǔn)的駕駛需求，所以國內(nèi)市場還是基本有國外產(chǎn)品占據(jù)。

根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2016年1-6月自主品牌狹義乘用車銷售382.39萬輛，占比達(dá)到38.1%，較15年提高3.2個百分點(diǎn)。自主品牌銷量快速增長一方面與乘用車銷量主要貢獻(xiàn)區(qū)域向可支配收入較低的中西部轉(zhuǎn)移有關(guān)，另一方面與自主品牌SUV車型銷量快速增長有關(guān)。我們認(rèn)為自主品牌市占率的提升有望持續(xù)。同時，隨著國內(nèi)EPS自主研發(fā)技術(shù)的不斷成熟，自主品牌EPS裝配率有望進(jìn)一步提升。

2014、2015年我國EPS分國別占比情況

二EPS供應(yīng)商產(chǎn)業(yè)鏈

在中國電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場中，外資或合資企業(yè)的市場占有率在80%左右，占壟斷地位，中國本土企業(yè)市場占有率則不足20%。目前日本捷太格特、德國采埃孚、日本精工、美國天合等全球主要轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供應(yīng)商均已在中國設(shè)立EPS生產(chǎn)基地。中國本土出現(xiàn)了一批產(chǎn)能在100萬套以上的企業(yè)，例如易力達(dá)、豫北等。

國內(nèi)主要EPS供應(yīng)商

分供應(yīng)商國別來看，近年來國內(nèi)自主品牌EPS產(chǎn)銷量快速增長。根據(jù)行業(yè)專家交流數(shù)據(jù)，2014年我國自主品牌EPS產(chǎn)品銷量約為175.7萬件，占國內(nèi)EPS產(chǎn)品總銷量的17.7%；2015年自主品牌EPS產(chǎn)品銷量約229.3萬件，同比增長30.5%，市占率達(dá)到19%，較2014年提高1.3個百分點(diǎn)。我們認(rèn)為，自主品牌EPS銷量快速增長，與產(chǎn)品成熟度提升以及自主品牌乘用車市占率提升、消費(fèi)升級帶來自主品牌車型EPS裝配率提升有關(guān)。

目前EPS系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展趨勢

一電機(jī)將逐漸轉(zhuǎn)向無刷電機(jī)

稀土永磁材料具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、質(zhì)量小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，必將取代傳統(tǒng)電動機(jī)。此外，有刷電機(jī)存在諸多弊端，比如電刷產(chǎn)生的噪聲較難克服、磨損嚴(yán)重、電磁干擾等問題。長遠(yuǎn)來看，無刷電機(jī)將逐漸取代有刷電機(jī)，日本現(xiàn)在國內(nèi)配裝的EPS也逐漸轉(zhuǎn)向無刷電機(jī)。

二主動回正技術(shù)將成發(fā)展趨勢

EPS轉(zhuǎn)向助力特性的控制策略通常是電機(jī)助力電流控制，當(dāng)轉(zhuǎn)向參數(shù)變化時，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩特性會隨之變化。若以轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，可以改善轉(zhuǎn)向輕便性和路感，加快轉(zhuǎn)向響應(yīng)速度，進(jìn)一步提高行駛安全性。

三傳感器將由滑動變阻式向非接觸式過渡

全電動轉(zhuǎn)向技術(shù)（線控轉(zhuǎn)向，Steering-by-Wire，SBW）取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間機(jī)械連接，完全由電能及轉(zhuǎn)向信號實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。此外，其可對駕駛員的操作指令或汽車狀態(tài)進(jìn)行判斷，必要時自動進(jìn)行駕駛控制，使汽車恢復(fù)穩(wěn)定行駛。與EPS相比，SBW操縱穩(wěn)定性更佳，主動和被動安全性更高，轉(zhuǎn)向性能設(shè)計更自由，同時乘坐舒適性也更好。

四多助力模式

EPS相對于HPS系統(tǒng)，最大的優(yōu)點(diǎn)是真正做到了隨速轉(zhuǎn)向，為駕駛員提供良好的駕駛感覺。但同一輛車輛，不同的駕駛員（性別、年齡、個性、身體狀況等），對EPS助力特性也有不同的要求，目前的EPS無法滿足每一個駕駛員的需求。若在ECU中存儲多種助力特性曲線，可形成多助力模式，由駕駛員根據(jù)各自駕駛習(xí)慣自由選擇，則可以最大化滿足駕駛員的需求。多助力模式對硬件改動較?。ㄔ黾舆x擇開關(guān)），軟件及調(diào)教費(fèi)用較低，性價比高，未來推廣較為容易。目前現(xiàn)代勝達(dá)、IX35等車型上已經(jīng)配備多助力模式。

五線控轉(zhuǎn)向

隨著車輛電氣化和智能化程度的提高，線控轉(zhuǎn)向（SteeringByWire,SBW）已經(jīng)成為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，未來會取得廣泛應(yīng)用。所謂四輪轉(zhuǎn)向，是指取消轉(zhuǎn)向盤和車輪之間的機(jī)械連接裝置，使用控制信號連接，又稱為柔性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

線控轉(zhuǎn)向流程圖

SBW的結(jié)構(gòu)原理圖如上圖所示。由于SBW采用柔性連接，轉(zhuǎn)向盤和車輪之間取消了機(jī)械連接，且電子元器件易受電磁干涉，需要接受的信號較多，系統(tǒng)復(fù)雜，其可靠性和安全性是最亟待解決的。為保障安全，一般采用冗余設(shè)計的方法，如在系統(tǒng)中增加傳感器、電機(jī)、電源或備份機(jī)械結(jié)構(gòu)等，有效提高系統(tǒng)的可靠性。

如全球率先量產(chǎn)采用SBW的英菲尼迪Q50，就采用了備份機(jī)械機(jī)構(gòu)的方式。車輛轉(zhuǎn)向時，不依靠傳統(tǒng)的機(jī)械連接，而是依靠三組電子控制單元（ECU）進(jìn)行控制，根據(jù)路況和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度和扭矩、車速進(jìn)行綜合計算，從而指揮轉(zhuǎn)向電機(jī)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。當(dāng)任意一個ECU被監(jiān)測到出現(xiàn)了問題時，備用模式將激活離合器，恢復(fù)至傳統(tǒng)的機(jī)械傳動轉(zhuǎn)向模式，確保駕駛員可以掌控車輛。

現(xiàn)存問題及與國際差距

國內(nèi)的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的起步相對于國外起步時間較晚，同時還面臨著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒有系統(tǒng)研究等一系列的問題，因此面臨很大挑戰(zhàn)國內(nèi)最早使用電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的是昌河北斗星，之后開啟了國內(nèi)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變革隨和國內(nèi)汽車行業(yè)的自身發(fā)展，國內(nèi)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與國際先進(jìn)技術(shù)相融合引進(jìn)，使我國EPS（電動阻力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）系統(tǒng)快速發(fā)展。

現(xiàn)在，國內(nèi)己將電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究列入了重點(diǎn)科研項(xiàng)目一些有相關(guān)背景的高校與汽車行業(yè)的一部分企業(yè)合作共同研究，在基礎(chǔ)較低的情況下，可到了相對較大的發(fā)展，但作為產(chǎn)品的問世還為時尚早，系統(tǒng)相對不成熟是面臨的最大問題從1998年開始我國就開始了對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，其中吉林大學(xué)清華大學(xué)和華南理工大學(xué)等己取得較大的突破，主要涉及EPS系統(tǒng)的算法研究。

作為消費(fèi)類產(chǎn)品，其能否適應(yīng)市場和是否存在競爭力是重中之重，作為自主研發(fā)的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與國際生產(chǎn)廠商之間對于汽車整體的駕駛手感，操縱性發(fā)面還存在許多欠缺。

比如EPS噪聲大方向盤振動厲害，方向盤轉(zhuǎn)向不對稱，系統(tǒng)的可靠性低，故障率高駕駛安全存在隱患等問題仍待解決另外從研發(fā)和生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化方面，科技成果轉(zhuǎn)化還是存在許多壁壘，因此制約了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展作為生產(chǎn)制造業(yè)。

再比如于電動助力轉(zhuǎn)向器線束接插件針腳耐久腐蝕問題，可能導(dǎo)致車輛長時間使用后電動轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)報故障碼，可能導(dǎo)致車輛電子轉(zhuǎn)向助力失效，存在安全隱患，2018年1月26日浙江吉利汽車有限公司就因?yàn)檫@個原因，宣布召回2015年4月1日至2016年10月28日期間生產(chǎn)的部分博瑞GC-9汽車，共計40,068輛。

由于國內(nèi)對與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義上不清晰，各廠家之間生產(chǎn)的產(chǎn)品不匹配也是現(xiàn)在面臨的重要問題需要盡快解決。

結(jié) 語

總之，EPS是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，一方面源于節(jié)能環(huán)保政策法規(guī)的引導(dǎo)，另一方面該技術(shù)本身屬于升級式和潮流型配置。目前，電動化和智能化是車輛發(fā)展的趨勢，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)同樣遵循這一趨勢。隨著電器元器件價格的下降和EPS技術(shù)的成熟，EPS發(fā)展前景會更加光明。未來EPS會朝著安全、高效環(huán)保、舒適的方向發(fā)展，在解決線控轉(zhuǎn)向的可靠性和成本問題后，線控轉(zhuǎn)向作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的主要方向，逐漸普及在量產(chǎn)車型上。